宇宙中存在一些现象，在一瞬间就能释放出比整个可观察宇宙中所有恒星加起来还要多的能量，同时奇怪的是，它们在太空中却不会发出任何光。
我们之所以能这么肯定，是因为这些事件发生时，整个地球都会开始振动。
今天，我想和大家谈谈黑洞合并——这是一种肉眼无法看见的事件，但它却能在附近引起无与伦比的强大波动，并能使时空本身产生波纹，形成引力波。
这一现象发生在2015年9月14日的9点50分45秒，几乎在同一时间，这种波动穿越了地球上的每一个大陆、每片海洋、每座山脉、每条河流、每座火山，甚至穿过了所有生物的身体，使它们微微震动。
这些波浪经过时，会同时改变距离和时间的流逝。
事实上，地球上所有的物质都随着这些波浪的波峰和波谷相继地收缩和膨胀
。这些奇异的波动继续以光速穿过我们的太阳系，然后一切恢复如初，直到下一次波动再次发生。
因为在2015年12月26日，以及2016年和2017年的多次重复中，每当引力波列穿过我们的星球，使得周围的空间以及我们自身的空间再次被拉伸、压缩、拉伸时，我们却丝毫没有察觉或感受到。
随后的几天里，整个科学界为这些波动的检测以及由此产生的形变分析而感到激动，不仅因为这是一次前所未有的发现，更因为它使我们得以研究宇宙中一些最具能量的现象，证实相对论理论，甚至测量引力的速度。
但在我们更深入地探讨这些奇怪振动的起源之前，让我先简要介绍一下引力。
你知道的，那种负责星体运动的奇怪东西，它使物体坠落，使身体相互吸引，但却无法解释为什么人们会坠入爱河。
长时间以来，我们描述大炮弹道、任何物体的下落以及行星运动的最有效方法是牛顿的万有引力定律，这是一种在日常生活中几乎所有情况下计算引力效应的极其有效方法，但它在接近极其庞大的物体时会失效，而且并没有真正解释这一切是如何运作的。
大致上，按照万有引力定律，引力被视为一种远距离作用的力，可以说是在物体之间神奇地传递，就好像一根细小而隐形的线将所有有质量的物体相连。
然后在1915年，爱因斯坦完全颠覆了这种解读，他展示了引力不是一种力，而是一种形式的结果，是时空变形的表现。
在他的广义相对论中，爱因斯坦展示了空间和时间的维度是紧密相连的，它们是一个整体的一部分，一个连续体，如果物体相互吸引，那是因为它们的质量简单地扭曲了它们所在的时空结构。
你可以想象这个结构，有点像由物体、星系、恒星、行星的存在而被拉伸的布或跳床。
这个理论的核心思想是，物体的质量越大，其周围的弯曲就越明显，而时空的这些弯曲效应创造了我们感受到的引力。
这听起来可能有些抽象，但这种引力理论能够解释许多普遍引力定律无法描述的现象。
它甚至预测了一些当时还未被观察到的现象的存在。这个理论的许多奇特的含义之一是，任何具有质量的物体，只要它在移动，就必须在其周围创造引力波。
这适用于任何东西，比如让任何物体掉落，其移动应该产生同石头落入池塘表面时一样的同心圆波。只不过，在这里，波纹在三维空间的所有方向上传播，而且是时空连续体本身在轻微波动，而不是物质。
虽然这些微小的波浪在理论上存在，但实际上它们是如此微弱，以至于长期以来人们认为它们永远无法被测量仪器检测到。
即使像我们的太阳这样近而且质量大的物体发出的引力波，在传播过程中也不足以足够地变形遇到的物质以在地球上被探测到。
因此，即使是爱因斯坦本人也不太相信它们能被发现。但这并没有考虑到我们种族的聪明才智，以及宇宙喜欢那种灾难性的宇宙事件，比如两个黑洞的合并。
这些力量难以想象的现象可以产生时空波动，当它们通过我们的星球时，会在它们经过的物质上造成足够的变形，使我们今天能够检测到它们，并且能够准确地重构产生它们的事件过程。
通过仔细研究2015年9月14日接收到的信号的性质，科学家们能够在数据中识别出两个大约各有30个太阳质量的黑洞合并的签名，并使我们能够访问它们存在的最后几秒，直到最终的合并事件，这发生在距离我们13亿光年之外。
我们不确切地知道这场悲剧何时开始，但总之，两个黑洞在相互绕行的轨道上，随着时间的推移，它们最初开始的缓慢宇宙舞蹈逐渐加速。
这个接近的过程可能持续了数百万甚至数十亿年，在此期间，每个黑洞成员不断地以引力波的形式失去少量能量，直到这个过程逐渐变成了一场死亡之舞。
随着将它们分开的距离危险地减少，它们的旋转速度反而增加，两个黑洞被卷入了一个可怕的轨道螺旋中，随着时间的推移，这两个紧凑的天体开始发出越来越多的引力波，并在越来越紧密的螺旋轨道上运行，继续加速，直到在碰撞前的最后几分之一秒，它们达到了令人震惊的旋转速度，大约是光速的一半。
然后，这场死亡之舞在两个星体融合的瞬间戛然而止，仿佛是世界末日的嘎吱声。
在原来两个黑洞的位置上，留下了一个质量比两者加起来还要小的单独黑洞。这是因为在合并过程中，相当于三倍太阳质量的物质在短短几十毫秒内——比眨眼时间还短的时间里——被转化为纯粹的能量。
虽然这种能量的释放在短暂的时刻内是可观测宇宙中所有恒星产生能量的十倍，但在这个事件中却没有发出任何光线。
这是因为消失的这部分质量完全转化为了强烈的引力波脉冲。在合并之后，这些波以冲击波的形式向所有方向在三维空间中传播。
在灾难发生地附近，这些在时空结构中的震荡和变形可能像海啸一样拥有强大的力量。
然后，这些波继续在宇宙中传播，当它们在13亿年后终于到达地球时，它们已大大减弱。穿越地球时，这些波只在它们的路径上产生了微小的形变，不超过一个质子直径的千分之一。为了能够测量这些微小的位移，科学家团队开发了一个巧妙的装置。
这两个令人印象深刻的设施，从空中看，是我们检测地球上引力波通过的工具。一个名为LIGO的设施位于美国，而另一个名为Virgo的则在意大利。
在这些实验中，每个都由两个近4公里长的巨大真空管组成。
原理大致相同：在管道交汇处，一个强大的、经过精心设计频率的激光束被分成两个不同的光束，这些光束在每个隧道中来回行进约一百次，然后由末端的镜子反射回来，在交汇处重新组合。
当一系列的引力波令时空发生波动时，它们通过改变激光在各个管道中行进的距离来显现自己，因为这些时空扭曲的通过会多次极微妙地改变镜子的厚度和隧道的长度。
由于这些隧道的布局让激光并非同时被这些波浪穿透，故这些激光在出口处的延迟就成为了我们观测到地球上双黑洞合并的最后痕迹的关键。
不幸的是，当我们达到这样的灵敏度，能够测量到原子大小百万分之一的长度变化时，我们必须不断在收集到的数据中排除任何微小的干扰和噪声。
人们通常会首先想到地震或者实验室旁边的干扰，但实际上这些探测器如此敏感，以至于它们甚至会受到镜子表面原子的热运动、几百公里外海岸上海浪的震动、甚至是隧道附近树木在风中摇曳时根部传递到地面的震动的影响。
因此，为了确保所记录的信号确实来自太空，而非旁边房间里的微小干扰，我们设有数个相隔数千公里、同时运行的实验。
正是这些实验之间的重要距离，使得当引力波穿越我们的地球时，它们会以微小的时间差异扰动我们的探测器，从而让我们能够估算出它们在天空中的来源区域。
直到不久前，我们研究宇宙及其所有在时空织物上的物体，只能依靠光线、无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线或伽马射线。
但随着对引力波的研究，我们实际上为宇宙打开了一扇新窗口。
这些微小的时空扭曲已经让我们确认了双黑洞系统的存在，这是我们以前从未直接观测到的系统。
在未来，引力波天文学可能会为我们提供更广阔的可能性领域，因为它有望有一天能够探测到生命末期的大质量恒星的内部，让我们了解更多关于这些星体在坍缩为超新星时，它们那对光线不透明的核心发生了什么。
也许有一天，我们甚至能够开发出足够敏感的实验，以捕捉来自原始宇宙的微弱振动波的痕迹，这是目前对我们而言视觉上无法接触的历史时期，因为当时的物质在宇宙中如此密集，以至于光线无法在其中自由流动。要想有望获得它的图像，我们需要能够识别来自那个遥远时代的引力波，因为它们当时轻松穿越了那种炼狱般的密度。
目前，LIGO和Virgo实验几乎每个月都能探测到新的引力波事件，从它们的运行开始就已经识别出了数十起黑洞合并、中子星碰撞，甚至还有一些涉及目前未知来源的天体的事件。
就在这一刻，由这些惊人的暴力现象产生的数十道时空波纹正在宇宙中传播。
在未来的某一天，其中一些波纹会悄无声息地穿过我们的地球，使得地球上的一切轻微地震动，无论是地表还是地下。
我敢打赌，如果爱因斯坦今天还活着，当他知道我们成功探测到这些波纹时，他的脸上一定会露出欣慰的微笑，因为这是在一个世纪之后对他的预言的证实，他从未想象过有朝一日我们能够揭示出，他的理论所预测的这些波纹确实在宇宙中存在，并且让我们得以接触到那些引发这些波纹的可怕事件。
研究这些微小的时空扭曲，使我们能够将物理理论推至极限。我再次想象，如果爱因斯坦知道所有收集到的数据都一致地证明了广义相对论的坚固性，他一定会非常高兴，因为它们仍然完美地符合我们所收集到的信号，其中一些甚至证实了引力波在空间中的传播速度与光速一样快。